Medida de la fuerza sobre el cuerpo humano mediante sensores piezorresistivos de tipo film

Abstract

El objetivo del trabajo se centra en la posibilidad de medir la fuerza y/o presión ejercida sobre el cuerpo humano mediante sensores de tipo film piezorresistivos, este tipo de sensores presentan una disminución de resistencia cuando se incrementa la fuerza que actúa sobre su superficie. Se ha realizado una búsqueda de diversos artículos científicos para estudiar las características más importantes de estos sensores: linealidad, histéresis, deriva o drift. Tras esto se han diseñado y realizado una serie de ensayos que simulen el posicionamiento de los sensores entre una órtesis y el cuerpo humano. En el trabajo se ha realizado un estudio de las distintas tecnologías (shuntmode y truemode) y sensores disponibles en el mercado. Se han seleccionado tres fabricantes diferentes (Interlink, Sensitronics y Tekscan) y se han realizado un estudio comparando sus principales características: Linealidad, histéresis, drift o deriva (respuesta del sensor en el tiempo). Para cada sensor se ha propuesto una calibración específica con un algoritmo basado en una máquina de estados. Con esta calibración se ha realizado un ensayo para estudiar la precisión de los sensores bajos distintos estados de carga y descarga en diferentes intervalos de tiempo para obtener precisiones con un error de entre el 5 % y el 10 %. Para validar los sensores se ha diseñado y realizado un ensayo que simule una aplicación real, en este caso la medida de la fuerza/presión entre un corsé ortopédico y el cuerpo humano con cuatro sensores, aunque los resultados obtenidos no han podido ser validados debido a la complejidad de las superficies de contacto. Finalmente se ha realizado un ensayo más simple para validar la medición de los sensores en una superficie plana y de área conocida.

The objective of this project focuses on the possibility of measuring the force and/or pressure exerted on the human body by means of piezoresistive film type sensors, this type of sensor presents a decrease in resistance when the force acting on its surface increases. A search of various scientific articles has been carried out to study the most important characteristics of these sensors: linearity, hysteresis and drift. After this, a series of tests have been designed and carried out that simulate the positioning of the sensors between an orthosis and the human body. In this project a study of the different technologies (shuntmode and truemode) and sensors available on the market has been carried out. Three different manufacturers have been selected (Interlink, Sensitronics and Tekscan) and a study has been carried out comparing their main characteristics: Linearity, hysteresis and drift (response of the sensor in time). For each sensor a specific calibration has been proposed with an algorithm based on a state machine. With this calibration, a test has been carried out to study the precision of the sensors under different states of charge and discharge in different time intervals to obtain accuracies with an error between 5 % and 10 %. To validate the sensors, a test has been designed and carried out that simulates a real application, in this case the measurement of the force / pressure between an orthopedic corset and the human body with four sensors, although the results obtained could not be validated due to the complexity of the contact surfaces. Finally, a simpler test has been carried out to validate the measurement of the sensors on a flat surface with a known area